Wat is CNC?

CNC is een afkorting voor Computer Numerical Control en is een benaming voor computergestuurde machines die worden gebruikt om materialen en halffabricaten te bewerken. Men treft CNC gestuurde machines aan in verschillende metaalproductiebedrijven maar ook in andere productiebedrijven worden ze gebruikt zoals in de glasverwerking, kunststofverwerking en houtbewerking. Een groot voordeel van een CNC machine is dat deze machines geprogrammeerd kunnen worden en daardoor een bewerking kunnen herhalen. Vanwege dit voordeel kan men met een CNC machine grotere series produceren van precies hetzelfde product. Dat maakt een CNC machine bij uitstek geschikt voor productiebedrijven.

CNC en CAD-CAM
Machines met een Computer Numerical Control zijn er in verschillende soorten en maten. Dat zorgt er voor dat CNC voor uiteenlopende toepassingen kan worden gebruikt. De kern van CNC is dat deze machines programmeerbaar zijn. Het CNC programmeren kan aan de machine zelf gebeuren maar kan ook dikwijls op een computer worden gedaan in de werkvoorbereiding. In de werkvoorbereiding werkt men met CAD oftewel computer aided design.

De CAD ontwerpen kan men in sommige gevallen rechtstreeks doorsturen naar de CNC bewerkingsmachine maar het is ook mogelijk om de CAD ontwerpen op een USB stick te zetten en te uploaden in de CNC machine. De CNC produceert vervolgens het product op basis van de computer aided design dit produceren doormiddel van een computersysteem noemt men ook wel Computer-aided manufacturing (CAM). Daarom heeft men het in de praktijk ook wel over een CAD/CAM productie doormiddel van een CNC-machine. Hiervoor kan men de EIA-274-D standaard gebruiken die wordt ook wel G-code genoemd. Daarnaast wordt ook de M-code vaak gebruikt voor bijkomende functies zoals gereedschapswissel bij verspaningsmachines voor draaien en frezen.

CNC machines in de verspaning
In de loop der jaren zijn steeds meer metaalproductieprocessen geautomatiseerd. Daardoor kon men een hogere productie draaien en werd de kans op fouten bovendien gereduceerd. Denk bijvoorbeeld aan een CNC draaibank of CNC freesbank die worden gebruikt in de verspaning. Vroeger stelde men een draaibank of freesbank zelf in. Dit wordt ook wel conventioneel verspanen genoemd. veel verspaning vind tegenwoordig echter doormiddel van Computer Numerical Control plaats. Daardoor zijn functies ontstaan zoals CNC-verspaner, CNC-draaier en CNC-frezer. Het mag duidelijk zijn dat CNC-verspaners in staat moeten zijn om een CNC-programma te kunnen programmeren toch is dit in de praktijk niet altijd het geval. Sommige bedrijven hebben CNC-programmeurs in dienst en zetten de CNC-verspaners meer als een soort operators aan het werk.

Overige CNC machines
Naast de verspaning worden ook in andere productieprocessen CNC machines gebruikt. Zo kan men denken aan CNC ponsnibbelmachines of CNC kantbanken en zetbanken. Ook zijn plasmasnijmachines en lasersnijmachines CNC gestuurd. De automatisering in de metaaltechniek, houtbewerking en kunststofbewerking kan in de praktijk niet om CNC heen. Daarom treft men in bedrijven waarin deze materialen in grote series worden verwerkt dikwijls CNC-machines aan.

Wat is top-down design?

Voordat men een product, machine of werktuig gaat ontwerpen bepaald men meestal eerst de ontwerpmethodes. Er kunnen in de praktijk verschillende ontwerpmethodes worden toegepast. Top-down design is een ontwerpmethode die in de praktijk veel wordt toegepast. Bij deze ontwerpmethode start men met het bepalen van algemene principes en kaders met betrekking tot de functionaliteit en vormgeving van het product.

Met top-down bedoelt men in dit geval dat er wordt begonnen met een algemeen idee. Dit algemene idee bevat algemene principes waaraan het product moet voldoen. Men kan hierbij omschrijven welke functies het product moet hebben en welke bewerking deze moet kunnen uitvoeren. Ook algemene esthetische aspecten kunnen aan de orde komen evenals de beoogde doelgroep. Vanuit deze abstracte omschrijving werkt men gedurende het top-down ontwerpproces steeds meer naar concrete aspecten van het ontwerpproces. Het ontwerp wordt steeds technischer en de componenten worden uiteindelijk duidelijk beschreven. Hierdoor ontstaat een overzicht van de technische details en kunnen aan het einde van het top-down ontwerpproces stuklijsten worden gemaakt van de onderdelen die benodigd zijn voor de fabricage of assemblage van het product of de machine.

De fases van het top-down designproces
Het top-down design heeft een aantal verschillende fasen. Deze zijn als volgt:

  • De eerste fase van top-down designproces start met een algemeen principe. Er wordt benoemd wat er ongeveer gemaakt moet worden. Deze fase is nog erg abstract.
  • De tweede fase bestaat uit het maken van een eenvoudige schets van het beoogde product of machine. Deze schets is de basis voor het lay-outmodel.
  • Het lay-outmodel is de basis voor het verder ontwerpproces. Hieruit worden deelproducten ontworpen via logische referentievlakken.
  • Er kunnen meerdere deelsamenstellingen worden gemaakt vanuit het lay-outmodel. Daarnaast kan men ook gebruik maken van één model dat verband houdt met andere modellen. Dit hoofdmodel wordt ook wel het “skeleton”-model genoemd. Het woord “skeleton” is Engels en kan in het Nederlands worden vertaald met “skelet”. Dit skeletonmodel is het raamwerk van het ontwerp.
  • Aan het einde van het proces worden technische details duidelijk. De verschillende onderdelen worden benoemd en er kunnen stuklijsten worden opgesteld. Ook de verrichtingen die dienen te worden gedaan worden in het eindstadium van het top-down proces.

Top-down design en bottom-up design
Het top-down proces begint algemeen en eindigt concreet. Dit is het grote verschil met bottom-up design. Het bottum-up designproces start met concrete technische gegevens en specificaties en eindigt juist abstracter. Door dit grote verschil kunnen deze twee ontwerpvarianten niet met elkaar worden gecombineerd. Tijdens het top-down design kan echter wel een bottom-up designfase intreden. Deze fase treed in werking wanneer individuele componenten worden samengesteld tot één product.

Wat is bottom-up design?

Ontwerpen van producten of software kan op verschillende manieren gebeuren. Één van de manieren waarop een product of software ontworpen kan worden is bottom-up design. Deze manier van ontwerpen is gericht op het ontwerp ‘van onder naar boven’. De basis van bottom-up design zijn de technische en mechanische eigenschappen en details. Deze details en eigenschappen zijn concreet en meestal goed meetbaar. Vanuit deze technische basis gaat men het ontwerp verder uitbouwen tot een hoger abstractieniveau. Er komen gedurende het ontwerpproces steeds meer abstracte eigenschappen bij van het product, werktuig of programma.

Voorbeeld van bottom-up design
Een bottom-up design begint heel concreet. Dit kan bijvoorbeeld door het benoemen/ definiëren van de verschillende componenten waaruit het product of werktuig moet bestaan. Deze componenten kunnen in een later stadium worden samengebracht tot een gezamenlijk model. Dit samenvoegen kan tegenwoordig meestal in een virtuele omgeving worden gedaan.

Door het samenvoegen van componenten wordt duidelijk uit welk onderdelen een werktuig, machine of product moet worden samengesteld. Al deze componenten vormen gezamenlijk een stuklijst van het ontwerp. Deze stuklijst maakt ook duidelijk welke onderdelen dienen te worden gemaakt of aanschaft voordat men het product, werktuig of machine daadwerkelijk kan samenstellen.

Machines, apparaten en andere producten bestaan soms ook uit deelsamenstellingen. Dit zijn onderdelen die samengevoegd worden tot een groter onderdeel die geïmplementeerd worden in de machine.

Bottom-up design en top-down design
Het bottom-up design begint met concrete details. Dit is de tegenovergestelde werkwijze van top-down design. De top-down design ontwerpmethode begint namelijk met het bepalen van algemene kaders en algemene principes. Dit ontwerpproces eindigt bij de details. Omdat de top-down design methode in de tegengestelde richting wordt uitgevoerd ten opzichte van het bottom-up design methode worden deze ontwerpmethodes niet gecombineerd in de praktijk toegepast.

Wat is CAD en waar worden CAD-systemen gebruikt?

CAD is een afkorting die je regelmatig kunt tegenkomen in de techniek. Zo spreekt men van CAD tekenprogramma’s en CAD/CAM systemen. Ook het programma AutoCAD is heel bekend onder tekenaars en ontwerpers in de techniek. De afkorting CAD wordt zo vaak gebruikt in de techniek dat de afkorting ‘ingeburgerd’ is en veel mensen niet weten waar deze afkorting voor staat. CAD werd oorspronkelijk voluit geschreven als Computer-Aided Drafting. Tegenwoordig wordt CAD vertaald als Computer-Aided Design. In het Nederlands wordt Computer-Aided Design vertaald met de omschrijving: het maken van tekeningen en ontwerpen door gebruik te maken van computers.

Waar wordt CAD gebruikt?
CAD wordt gebruikt door ontwerpers, engineers en constructeurs in verschillende vakgebieden. Zo wordt Computer-Aided Design toegepast in de bouwkunde, civiele techniek, stedenbouw en de architectuur. In de architectuur wordt ook wel gesproken over Aided Architectural Design CAAD. Naast de toepassing in de bouw wordt CAD ook gebruikt in de werktuigbouwkunde, metaaltechniek, industrieel ontwerp en het bedenken en tekenen van staalconstructies. In de elektronica en elektrotechniek kan men ook gebruik maken van computers om technische ontwerpen en tekeningen te maken. Omdat er zoveel verschillende technische vakgebieden zijn waar CAD wordt toegepast zijn er ook verschillende CAD programma’s ontwikkelt.

Verschillende CAD systemen
Er is op de markt een grote diversiteit aan CAD programma’s verkrijgbaar voor consumenten en technische bedrijven. Naast de specifieke technische vakgebieden waar CAD programma’s voor worden ontwikkelt wordt ook onderscheid gemaakt in de weergave / dimensie  van deze programma’s. Zo zijn er 2D-, 2½D- en 3Dimensionale systemen. De 2D-systemen zijn geschikt voor het maken van technische tekeningen. Doormiddel van deze 2D-systemen kunnen tekeningen worden gemaakt met verschillende aanzichten. Een voorbeeld van een bekend 2D CAD systeem is AutoCAD LT 2014 dit is een vereenvoudigde versie van AutoCAD en wordt ook wel AutoCAD Light genoemd.

CAD 2½D-systemen
De 2½D-systemen zijn CAD-systemen die zijn uitgebreid met diepte. Hierdoor zijn deze systemen geschikt voor ontwerpen die uitgevoerd moeten worden op CNC-gestuurde machines. Hierbij kan gebruik worden gemaakt van CAD-CAM systemen. Hierbij is CAD (Computer-Aided Design) verbonden aan CAM (Computer Aided Manufacturing). Het CAM-pakket van een machine kan worden gebruikt voor het inladen van CAD bestanden en ontwerpen. Deze informatie gebruikt de machine om het product te vervaardigen die in het CAD bestand is weergegeven, daarom wordt dit ook Computer Aided Manufacturing genoemd.

CAD 3D-systemen
CAD 3D-systemen worden gebruikt voor het maken van 3 dimensionale tekeningen. Dit kan in verschillende technische vakgebieden aan de orde komen. Zo kunnen machines in 3D CAD systemen worden getekend maar ook gebouwen en andere objecten. Binnen 3D-systemen wordt gewerkt met oppervlaktemodellen, volumemodellen, solidmodellen en draadmodellen. Binnen de civiele techniek, bouwkunde en installatietechniek wordt ook wel gebruik gemaakt van een Building Information Model. Hierover is in de volgende alinea meer informatie weergegeven.

BIM Building Information Model
Het Building Information Model wordt ook wel afgekort met een BIM en in het Nederlands vertaald met Bouwwerk Informatie Model. Door gebruik te maken van een BIM worden tekeningen informatiemodellen. Hierbij wordt ook gebruik gemaakt van een 3D model. Aan dit model zijn verschillende computerprogramma’s en databases gekoppeld. Deze programma’s zijn allemaal aan elkaar verbonden. Dit zorgt er voor dat wijzigingen in het model ook verwerkt worden in andere programma’s en systemen. Deze wijzigingen worden in een database bijgehouden. Een Building Information Model zorgt er voor dat er meer controle is op wijzigingen. Daarnaast worden deze wijzigingen over het algemeen beter verwerkt dan wanneer men gebruik maakt van traditionele systemen en ontwerpmodellen. Een BIM zorgt er voor dat het aantal fouten in de ontwerpfase worden gereduceerd.